Tepelné čerpadlo ušetrí počas svojej životnosti stovky eur
Rýchly prehľad
| Cieľová skupina | Vlastníci nehnuteľností a tí, ktorí chcú znížiť náklady na vykurovanie |
|---|---|
| Vstupná investícia | Od 9.700 EUR |
| Miera úspory | Úspora 40-80% nákladov na vykurovanie oproti plynovému alebo elektrickému kotlu, v závislosti od zvoleného primárneho zdroja energie |
| Doba návratnosti | Približne 6 – 8 rokov |
Tepelné čerpadlá sú zariadenia, ktoré umožňujú odoberať teplo z okolitého prostredia, prevádzajú ho na vyššiu teplotnú hladinu a cielene prenášajú ďalej na vykurovanie, ohrev teplej úžitkovej vody alebo vody v bazéne.
Využívajú princíp nízkopotenciálneho tepla z okolia, ktorého prečerpaním dôjde k zmene teploty na úroveň využiteľnú vo vykurovacom systéme či už pre nízkoteplotné (podlahové) alebo konvenčné (radiátorové) vykurovanie.
| Zaujímavosť |
|---|
| Základnú myšlienku princípu tepelného čerpadla vyslovil už v roku 1852 Lord Kelvin vo svojej druhej termodynamickej vete. Prvé tepelné čerpadlo zostrojil americký vynálezca Robert C. Webber na konci 40. rokov minulého storočia, išlo však iba o náhodu. Konštruktérom prvého funkčného tepelného čerpadla bol slovenský fyzik Aurel Stodola. Jedno z jeho tepelných čerpadiel z roku 1928 dokonca slúži dodnes. Vykuruje radnicu v Ženeve. Ako nízkopotenciálne teplo využíva vodu zo Ženevského jazera. |
Princíp fungovania
Tepelné čerpadlo sa skladá z troch základných častí:
- výparník – primárna časť
- kompresor – zabezpečuje cirkuláciu média (kvapaliny) v tepelnom čerpadle
- kondenzátora – sekundárna časť
Jednotlivé časti sú prepojených potrubím a navzájom tvoria uzatvorený okruh. V ňom cirkuluje teplonosná látka. Spravidla ide o kvapalinu, ktorá sa odparuje pri veľmi nízkych teplotách až -32 ⁰C.
| Trochu teórie z fyziky |
|---|
| Druhá termodynamická veta:
dS=dQ/T ΔS = S2 – S1 = ʃ(dQ/T) [1 JK-1] |
| Podľa druhej termodynamickej vety prúdi tepelná energia z látky/predmetu s vyššou teplotou k látke/predmetu s nižšou teplotou. V okolitom prostredí existujú prírodné zdroje energie (vzduch, voda, zem) na nízkej teplotnej úrovni, ktorá neumožňuje využívať teplo priamo za účelom vykurovania, čo je možné iba vtedy, keď je ich tepelná energia prečerpaná pomocou zariadenia a zvýši sa tak teplotná úroveň. |
Základná schéma činnosti tepelného čerpadla
Do výparníku sa privádza okolitým vzduchom nízko potenciálne teplo zo vzduchu, vody alebo zeme, čo spôsobuje vyparovanie chladiva (dochádza k zmene skupenstva). Para sa stáva nositeľom tepelnej energie a prenáša sa do kompresora. Vzduchová cesta predstavuje primárny okruh. V ďalšej fáze kompresor prudko stlačí o niekoľko stupňov ohriate plynné chladivo a vďaka fyzikálnemu princípu kompresie pri vyššom tlaku stúpa teplota. Následne je energia privedená do kondenzátora parami chladiva z výparníku a kompresora sa prenáša sa do vody cirkulujúcej vo vykurovacom systéme. Ide o sekundárny okruh. Následne sa chladivo vracia späť do tekutej formy a vstrekuje sa do výparníku, aby sa tu opäť vyparilo pri nižšom (vyparovacom) tlaku. Je pripravené odoberať teplo z okolitého zdroja tepla a celý proces sa opakuje.
Obr. Schéma tepelného čerpadla (Zdroj: www.irishenergynews.com / adaptácia energia.sk)
- fyzikálne vysvetlenie: obnoviteľný zdroj tepla s nízkou energiou Qo a teplotou To (vzduch, voda, To je >-15°C pri vzduchu a >5°C pri vode) odovzdá vo výparníku svoju energiu pracovnej látke, ktorá získa energiu Qv a vo forme pary postúpi do kompresora. Pary sa v kompresore stlačia, okrem tlaku sa zvýši aj ich teplota. Ohriate pary s teplotou Tk a energiou Qk postúpia do kondenzátora, kde odovzdajú svoju teplotu vode – táto dosiahne spravidla teplotu do 60°C a využíva sa na vykurovanie alebo ohrev vody. Para v kondenzátore po odovzdaní teploty vode skondenzuje znovu na kvapalinu, cez redukčný ventil postupuje znova do výparníka a celý cyklus začína od začiatku.
- pre laikov: Tepelné čerpadlo funguje na obdobnom princípe ako chladnička, no namiesto z potravín odoberá teplo z prírodných zdrojov tepla napr. vonkajšieho vzduchu, vody či pôdy a odovzdáva ho tepelnej sústave – radiátorom alebo podlahovému vykurovaniu.
Efektívnosť prevádzky
Hlavným ukazovateľom efektívnosti prevádzky tepelného čerpadla je jeho výkonové číslo, tzn. ak dodáme 1 kW vo forme elektrickej energie, ktorá poháňa elektromotor kompresora, tak na sekundárnej strane – na strane kúrenia – dokážeme vyrobiť 5 kW tepla. Vtedy je výkonové číslo tepelného čerpadla 5.
Kde
TOUT – teplota zdroja tepla (K)
TIN – teplota na výstupe (K)
QOUT – celková energia na výstupe
QIN – získaná energia
QEL – el. energia potrebná na pohon kompresora
E – tepelný faktor COP
| Charakteristika |
|---|
| Výkonové číslo je teda vyjadrením pomeru medzi vloženou elektrickou energiou (spotrebovanou na pohon elektromotoru kompresora) a získanou energiou vo forme tepla na strane sekundárnej – teda na strane kúrenia. |
Výkonové číslo je rozdielne pri rôznych typoch a druhoch čerpadiel (viac informácií o plynovom tepelnom čerpadle). Efektívnosť tepelného čerpadla je však pri každom type bez ohľadu daná faktom, že energia dodaná prostredníctvom kompresora < využiteľná energia vystupujúca zo systému.
Dôležitejším ukazovateľom je však dlhodobý vykurovací faktor, ktorý je súhrnom porovnaní parametrov, ktoré udáva výrobca, vypočítaného tepelného faktora COP, a taktiež súhrnom všetkých ostatných energií, čiže nie len elektrická energia príkonu kompresora, ale aj elektrická energia energií dodávaných do systému.
Úspora energií – modelový príklad
V prvom rade musíme posudzovať budovu ako celok. Zamerať sa treba na:
- náklady na vykurovanie
- náklady na prípravu teplej úžitkovej vody
- spotreba energií na varenie, osvetlenie, domáce spotrebiče, pranie a pod.
- investičné náklady
- prevádzkové náklady
Do úvahy však treba brať aj nároky na ľudskú prácu pri príprave paliva a pri vykurovaní, požiadavky na skladovanie paliva, odpad z vykurovania i ekologickú záťaž prostredia.
Výhodnosť použitia tepelného čerpadla vám prinášame na modelovom objekte:
- počet osôb v domácnosti: 4 osoby
- lokalita: Skalica (západ SR)
- celková podlahová plocha nehnuteľnosti: 180 m2
- priemerná výška miestností: 2,6 m
- tepelná strata budovy: 15,21 kW
| Spotreba tepla za rok v kWh | |
|---|---|
| Predpokladaná ročná spotreba tepla na vykurovanie | 44.557 kWh |
| Predpokladaná ročná spotreba tepla na ohrev teplej vody | 5.440 kWh |
| Celková predpokladaná ročná spotreba tepla na vykurovanie a ohrev vody | 49.997 kWh |
Po zohľadnení všetkých predchádzajúcich údajov dostaneme nasledujúce porovnanie:
| Časové obdobie | Tepelné čerpadlo – náklady za prevádzku v EUR | Plynový kotol – náklady za prevádzku v EUR | Úspora v EUR |
|---|---|---|---|
| 1 rok | 1.164 EUR | 3.022 EUR | 1.858 EUR |
| 5 rokov | 5.820 EUR | 15.110 EUR | 9.290 EUR |
| 10 rokov | 11.640 EUR | 30.220 EUR | 18.580 EUR |
| 20 rokov | 23.280 EUR | 60.440 EUR | 37.160 EUR |
| 25 rokov | 29.100 EUR | 75.550 EUR | 46.450 EUR |
Výhody a nevýhody tepelných čerpadiel
| Výhody | Nevýhody |
|---|---|
| vysoká obstarávacia cena, ktorá sa výrazne líši podľa veľkosti objektu, výkonu, ale aj podľa technológie |
Využitie tepelného čerpadla
- vykurovanie – pre všetky typy vykurovacích sústav, avšak pre tepelné čerpadlá sú najvhodnejšie nízkoteplotné vykurovacie systémy
- ohrev vody – tepelné čerpadlá sa používajú okrem vykurovania aj na ohrev vody, mnohé majú vstavaný zásobník teplej vody
- chladenie – čoraz častejšie sa integruje funkcia chladenia, kedy pracuje naopak ako pri vykurovaní
- monovalentná prevádzka – tepelné čerpadlo je jediným zdrojom tepla daného objektu počas jeho prevádzky celoročne,
- bivalentná, paralelná prevádzka – tepelné čerpadlo sa zapne len pri vhodných podmienkach, kedy pracuje najefektívnejšie, v ostatných prípadoch je podporované pomocným zdrojom tepla (napr. kotlom)
Tepelné čerpadlo by ste mali vyberať s ohľadom na konkrétne podmienky a požiadavky (viac o výbere tepelného čerpadla).
(c) energia
K téme
